Quatro instantâneos de uma simulação de modelo. A simulação mostra elétrons (pontos vermelhos) movendo-se dentro do fotocátodo de antimônio depois que os fótons são absorvidos. Alguns elétrons são emitidos (pontos verdes) da superfície do fotocátodo enquanto alguns são refletidos de volta para o material. O número de elétrons emitidos depende do campo elétrico aplicado, a rugosidade da superfície do material fotocátodo, e a energia dos fótons absorvidos. Crédito:Dimitre A. Dimitrov
Fotocátodos usados em instalações de aceleradores lineares, lasers de elétrons livres e fontes avançadas de luz de raios-X geram um feixe de elétrons para sondar a matéria em nível atômico. Os avanços na ciência dos materiais melhoraram a composição dos materiais usados na produção de fotocátodos que podem operar em comprimentos de onda visíveis e produzir um feixe com propagação do momento transversal do elétron reduzido.
Apesar desses avanços, a rugosidade da superfície do fotocátodo continua a limitar as propriedades do feixe. Uma equipe de pesquisa criou modelos de computador para preencher a lacuna entre os estudos teóricos e experimentais para fornecer uma imagem melhor da física na superfície do fotocátodo. Os resultados são publicados esta semana no Journal of Applied Physics .
Um feixe mais frio produz uma fonte de elétrons mais brilhante, mas a rugosidade da superfície pode destruir a frieza do feixe de elétrons. Dimitre A. Dimitrov, um cientista da Tech-X Corp e um dos autores da publicação, está trabalhando com outros para otimizar essa característica.
"Pela primeira vez, podemos cultivar cátodos com rugosidade de superfície especificamente projetada no lado experimental, "Dimitrov disse." A física na superfície de um fotocátodo é incrivelmente complexa, e precisamos entendê-lo melhor [para] criar feixes de elétrons com propriedades ideais. "
Este trabalho é a primeira vez que houve uma tentativa abrangente de fazer modelagem realista da física essencial na superfície do fotocátodo à medida que os fótons são absorvidos e os elétrons são emitidos. Usando software especializado, a equipe criou modelos 3-D que simulavam emissões de elétrons de fotocátodos com rugosidade de superfície plana e variada.
A equipe de pesquisa usou os modelos para simular as emissões da superfície de um plano, fotocátodo de antimônio. Eles compararam as simulações com dados experimentais para avaliar as propriedades do feixe, incluindo rendimento quântico, que quantifica o número de elétrons emitidos por fóton absorvido, e emitância transversal, ou a emissão de elétrons perpendicular à direção de propagação do feixe. A equipe também comparou simulações de antimônio de rugosidade de superfície conhecida com dados experimentais para avaliar as mesmas propriedades de emissão.
"Deste trabalho, esperamos obter uma compreensão de como as superfícies lisas devem ser e em quais escalas espaciais, para auxiliar no projeto de fotocátodos para fontes ultrabrilhantes de fótons e elétrons de próxima geração, "disse Howard Padmore, deputado da divisão no Laboratório Nacional Lawrence Berkeley.
As simulações neste estudo não incluíram o efeito da variação da luz na rugosidade da superfície. Pesquisas futuras irão examinar esta variável para entender seu efeito na distribuição de elétrons carregados, o que pode afetar o rendimento quântico. A equipe de pesquisa, que também inclui cientistas do Laboratório Nacional de Brookhaven, modelou antimônio em seu estudo, mas eles querem estudar outros materiais e comparar esses dados com os resultados de seu estudo de antimônio.
